LM3691評估板：降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的實用之選

一、引言

在電子設(shè)計領(lǐng)域，DC - DC轉(zhuǎn)換器是為各種電路提供穩(wěn)定電源的關(guān)鍵組件。今天我們要探討的是德州儀器（Texas Instruments）的LM3691評估板，它是一款降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器的工作演示板，對于工程師們來說，了解它的特性和使用方法能為電源設(shè)計帶來諸多便利。

文件下載：LM3691TL-1.2EV.pdf

二、LM3691轉(zhuǎn)換器概述

（一）應(yīng)用場景與優(yōu)勢

LM3691降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器專為從單節(jié)鋰離子電池或3節(jié)鎳氫/鎳鎘電池為超低電壓電路供電而優(yōu)化。它能夠在2.3V至5.5V的輸入電壓范圍內(nèi)提供高達1A的負載電流，并且有多種不同的固定電壓輸出選項。這使得它在便攜式應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢，比如手機、平板電腦等設(shè)備的電源設(shè)計。

（二）工作模式

LM3691有一個模式控制引腳，允許用戶選擇強制PWM模式或自動模式。在自動模式下，它會根據(jù)負載情況在ECO模式和PWM模式之間自動切換。在輕負載條件下，ECO模式能提供卓越的效率和非常低的靜態(tài)電流（(I_{q})），這對于延長電池續(xù)航時間非常重要。

（三）封裝與外部組件

該轉(zhuǎn)換器采用6凸點DSBGA封裝，僅需要三個外部表面貼裝組件，分別是1μH電感、4.7μF輸入電容和4.7μF輸出電容。這種簡潔的設(shè)計減少了電路板空間的占用，也降低了成本。

三、工作條件

（一）輸入電壓與負載電流

LM3691的輸入電壓范圍為2.3V至5.5V，推薦的負載電流范圍是0mA至1000mA。在這個范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換器能夠穩(wěn)定工作，為負載提供可靠的電源。

（二）溫度范圍

其結(jié)溫（(T{j})）范圍是 - 30°C至 + 125°C，環(huán)境溫度（(T{A})）范圍是 - 30°C至 + 85°C。這表明它在較寬的溫度環(huán)境下都能正常工作，但在實際應(yīng)用中，我們還是要注意散熱設(shè)計，以確保其性能的穩(wěn)定性。

四、引腳說明

五、物料清單（BOM）

六、DSBGA封裝的組裝與使用

（一）特殊要求

使用DSBGA封裝需要專門的電路板布局、精確的安裝和仔細的回流技術(shù)。具體可參考AN - 1112 DSBGA晶圓級芯片尺寸封裝（SNVA009）。在組裝時，建議使用PCB板上的對齊坐標(biāo)來方便器件的放置。

（二）焊盤設(shè)計

DSBGA封裝使用的焊盤樣式必須是NSMD（非阻焊定義）類型，即阻焊層開口要大于焊盤尺寸，這樣可以防止阻焊層和焊盤重疊形成的邊緣影響器件與電路板表面的貼合，避免安裝問題。

（三）走線設(shè)計

LM3691的6凸點封裝使用300微米的焊球，需要10.82密耳的焊盤用于安裝在電路板上。每個焊盤的走線應(yīng)以90°的角度進入焊盤，以防止碎屑卡在深角處。最初，每個焊盤的走線寬度應(yīng)為7密耳，長度約7密耳或更長，作為熱緩解。然后，每條走線應(yīng)逐漸調(diào)整到最佳寬度，重要的是要保證對稱性，以確保LM3691上的焊球均勻回流，使器件與電路板平整焊接。特別是要特別注意A2和C2凸點的焊盤，因為GND和(V_{IN})通常連接到大型銅平面。

（四）光敏感性

DSBGA封裝在紅色或紅外不透明外殼的應(yīng)用中針對最小尺寸進行了優(yōu)化。但由于它缺乏較大器件的塑料封裝特性，對光比較敏感。背面金屬化和/或環(huán)氧涂層，以及印刷電路板的正面遮光可以降低這種敏感性。不過，該封裝的芯片邊緣是暴露的，特別是DSBGA器件對照射在封裝暴露芯片邊緣的紅色和紅外光敏感。

七、電路板布局考慮

（一）布局的重要性

PC電路板布局是DC - DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計的重要部分。不良的布局會導(dǎo)致EMI、接地反彈和走線中的電阻電壓損失，從而干擾DC - DC轉(zhuǎn)換器和周圍電路的性能，可能向DC - DC轉(zhuǎn)換器IC發(fā)送錯誤信號，導(dǎo)致調(diào)節(jié)不良或不穩(wěn)定。此外，不良的布局還可能導(dǎo)致回流問題，使DSBGA封裝與電路板焊盤之間的焊點質(zhì)量不佳，影響性能。

（二）布局規(guī)則

1. 焊盤與走線：將LM3691放置在10.82密耳的焊盤上，作為熱緩解，用7密耳寬、約7密耳長的走線連接每個焊盤，然后逐漸增加走線到最佳寬度，確保對稱性以保證焊球均勻回流。
2. 組件距離：將LM3691、電感和濾波電容靠近放置，并使走線盡可能短。這些組件之間的走線承載相對較高的開關(guān)電流，會像天線一樣輻射噪聲，遵循此規(guī)則可減少輻射噪聲。特別要注意將輸入濾波電容非常靠近(V_{IN})和GND引腳放置。
3. 電流環(huán)路：安排組件使開關(guān)電流環(huán)路朝同一方向卷曲。在每個周期的前半部分，電流從輸入濾波電容通過LM3691和電感流向輸出濾波電容，再通過接地返回，形成一個電流環(huán)路；在周期的后半部分，電流從接地通過電感被LM3691拉到輸出濾波電容，然后通過接地返回，形成第二個電流環(huán)路。使這些環(huán)路的電流卷曲方向相同可以防止兩個半周期之間的磁場反轉(zhuǎn)，減少輻射噪聲。
4. 接地連接：使用大量的組件側(cè)銅填充作為偽接地平面，將LM3691和濾波電容的接地引腳連接在一起，然后通過多個過孔將其連接到接地平面（如果使用）。這樣可以減少接地平面噪聲，防止開關(guān)電流在接地平面中循環(huán)，同時通過提供低阻抗接地連接減少LM3691的接地反彈。
5. 功率走線：在功率組件之間和DC - DC轉(zhuǎn)換器電路的電源連接中使用寬走線，以減少走線電阻損失引起的電壓誤差。
6. 噪聲敏感走線：將電壓反饋路徑等噪聲敏感走線遠離功率組件之間的嘈雜走線。電壓反饋走線必須靠近LM3691電路，應(yīng)直接從FB連接到輸出電容處的(V_{OUT})，并與噪聲組件反向布線，以減少輻射到DC - DC轉(zhuǎn)換器自身電壓反饋走線上的EMI。
7. 敏感電路布局：將諸如無線電IF模塊等噪聲敏感電路遠離DC - DC轉(zhuǎn)換器、CMOS數(shù)字模塊和其他嘈雜電路。通過增加距離可以減少系統(tǒng)中噪聲敏感電路受到的干擾。例如，在手機中，常見的做法是將DC - DC轉(zhuǎn)換器放置在電路板的一個角落，圍繞它安排CMOS數(shù)字電路（因為它們也會產(chǎn)生噪聲），然后將敏感的前置放大器和IF級放置在對角的角落。通常，敏感電路會用金屬屏蔽罩屏蔽，并使用低壓差線性穩(wěn)壓器對其電源進行后調(diào)節(jié)，以減少傳導(dǎo)噪聲。

八、評估板使用的相關(guān)條款

（一）使用目的限制

評估板僅用于產(chǎn)品或軟件開發(fā)人員在研發(fā)環(huán)境中對德州儀器半導(dǎo)體產(chǎn)品進行可行性評估、實驗或科學(xué)分析，不得直接或間接組裝到任何成品中，也不得用于消費或家庭用途，不能進行商業(yè)銷售、分許可、租賃、出租、出借、轉(zhuǎn)讓或分發(fā)。

（二）有限保修

德州儀器保證評估板在交付用戶后的90天內(nèi)符合其公布的規(guī)格。但對于因非德州儀器原因?qū)е碌娜毕荩缡韬?、濫用、不當(dāng)安裝或測試、產(chǎn)品被非德州儀器實體更改或修改等情況，德州儀器不承擔(dān)責(zé)任。如果評估板不符合保修條件，德州儀器的唯一責(zé)任是選擇修理、更換評估板或為用戶賬戶貸記相應(yīng)金額。

（三）監(jiān)管通知

不同國家和地區(qū)對評估板有不同的監(jiān)管要求，如美國的FCC規(guī)定、加拿大的Industry Canada規(guī)定以及日本的相關(guān)法規(guī)等。用戶在使用評估板時需要遵守這些規(guī)定，否則可能會面臨法律問題。

（四）使用限制和警告

評估板不得用于功能安全和/或安全關(guān)鍵評估，包括但不限于生命支持應(yīng)用評估。用戶在操作評估板前必須閱讀并遵循用戶指南和其他相關(guān)文檔中的警告和限制通知，在德州儀器推薦的規(guī)格和環(huán)境條件下操作，確保安全使用。同時，用戶需要自行承擔(dān)評估板的使用是否符合相關(guān)法律法規(guī)的責(zé)任，以及正確處置和回收評估板的責(zé)任。

（五）其他條款

德州儀器盡量確保提供的評估板信息準(zhǔn)確，但不保證其網(wǎng)站上評估板描述、可用性或其他信息的準(zhǔn)確性、完整性、可靠性、及時性或無錯誤。評估板及其相關(guān)設(shè)計材料按“現(xiàn)狀”提供，德州儀器不承擔(dān)其他明示或暗示的保證責(zé)任。此外，還規(guī)定了損害賠償和責(zé)任限制、退貨政策、適用法律等條款。

總之，LM3691評估板為電子工程師提供了一個方便的平臺來評估和使用降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器。在設(shè)計過程中，我們需要充分考慮其特性和要求，遵循相關(guān)的布局規(guī)則和使用條款，以確保設(shè)計的可靠性和安全性。你在使用類似評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。